Brain-to-Voice-teknik hjälper förlamad man att tala flytande

Ett team av ingenjörer från University of California, Davis, har skapat ett brain-to-voice-system som gör det möjligt för personer med kommunikationsstörningar att tala flytande. Systemet kombinerar ett hjärn-datorgränssnitt (BCI), avancerad AI och ny forskning för att stödja tal i realtid, begripligt och uttrycksfullt. Lyssna på vad du behöver veta.

Vad är kommunikationsstörningar?

När du tänker på vad som definierar dig kan det vara din stil eller ditt perspektiv. Få personer skulle säga sin röst. Men varje gång du talar hör du din röst, vilket bekräftar att det är du. Därför är din röst en viktig del av din identitet. Att förlora denna del av dig själv kan vara skadligt för din mentala hälsa.

Tyvärr är detta scenario verkligheten för miljontals som lider av neurologiska tillstånd som kan begränsa deras förmåga att tala flytande. Tillstånd som stroke, dysartri och dysfoni kan leda till sluddrigt eller osammanhängande tal, vilket begränsar en persons förmåga att kommunicera effektivt framöver.

Detta scenario är inte en sällsynt händelse. Enligt nyliga studier kommer nära 800 000 personer att drabbas av en stroke i år. Samma data tyder på att 1 av 3 strokepatienter kommer att uppleva någon form av kommunikationsproblem efter händelsen. Dessa åkommor är förödande för patienten och kan leda till depression och andra skadliga tillstånd.

Hur hjärn-datorgränssnitt (BCI) underlättar kommunikation

Tack vare har ingenjörer lagt ner mycket arbete för att försöka lösa dessa problem. Från andningsstyrda datorer till ögonspårningsprogram har tekniken verkat erbjuda vissa lösningar. I den meningen ses hjärn-datorgränssnitt av många som den logiska utvecklingen av denna teknik.

Sedan Hans Berger registrerade elektrisk hjärnaktivitet på 1920-talet har forskare försökt använda dessa signaler för att undersöka hjärnans funktion. Det tog dock nästan 80 år av forskning innan de kunde börja avkoda neuronala fyrningar för att reproducera bilder och rörelser.

Idag ses BCI som en framväxande teknik med tillämpningar inom VR, automation, systemhantering och den medicinska sektorn. Specifikt har den medicinska sektorn sett användningen av dessa enheter för att hjälpa dem som lider av rörlighets- eller kommunikationsstörningar.

Intressant nog möjliggjorde de första BCI bättre kommunikation mellan patienter och deras närstående. Dessa tidiga system förlitade sig på en textdisplay för att kommunicera. Senare uppdaterades textsystemet för att läsa orden högt och skapa talade svar. Även om de hörbara svaren var hjälpsamma saknade de en mänsklig känsla.

Begränsningar med traditionella BCI-talssystem

Det har funnits flera begränsande faktorer som hindrar BCI:s framgång hittills. För det första är textkommunikationsmetoden inte naturlig. Den är klumpig och tidslinjen är felaktig jämfört med att tala med en person.

De fördröjda svarstiderna för talfunktionen och dess robotröst avskiljer också användaren från känslan av att ha ett normalt samtal med vänner. Viktiga aspekter som förmågan att höra sin egen röst, avbryta eller ens tydligt uttala ord saknades i detta tillvägagångssätt.

Brain-to-Voice-studie

Tack vare kan ett team av forskare ha kommit på hur man löser dessa problem efter årtionden av forskning. Den senaste studien “An instantaneous voice-synthesis neuroprosthesis“¹ introducerar en ny brain-to-voice-neuroprostetisk enhet som omedelbart kan översätta hjärnaktivitet till tal. Även om den fortfarande är i ett tidigt skede har den potential att förbättra miljontals liv globalt.

Precis som sina föregångare låter enheten användare att “tala” via en dator. Detta tillvägagångssätt förlitar sig dock på sensorer som kirurgiskt implanteras i hjärnans Brocas och Wernickes områden. Dessa är de regioner i hjärnan som ansvarar för talproduktion.

Källa – University of California

Specifikt möjliggör fyra mikroelektroderarrayer som innehåller 256 mikroelektroder för ingenjörerna att kartlägga neural aktivitet till avsedda ljud. Noterbart kan systemet avkoda paralingvistiska egenskaper genom att tolka intracortikal aktivitet med mindre än en sekunds fördröjning.

AI-algoritmer som används i Brain-to-Voice-systemet

Ingenjörerna använde data som samlats in från en testperson för att skapa ett dataset för deras proprietära AI-algoritm. Testpersonerna visades meningar som de försökte läsa högt. Detta steg gjorde det möjligt för teamet att kartlägga deras neurala aktivitet och använda den för att skapa en sluten slinga för röstsyntes.

Imponerande kan algoritmen känna när en person försöker tala och automatiskt omvandla deras neurala aktivitet till stavelser utan någon rörelse från deras sida. Denna omvandling sker sömlöst, vilket gör den mycket lik tempot i ett traditionellt samtal.

Dessutom möjliggör det slutna ljudåterkopplingssystemet att protokollet syntetiserar användarens röst, så att de kan höra sitt tal som i ett riktigt samtal. Systemet syntetiserar dessa röstmönster, vilket ger full kontroll över patientens kadens och timing.

Brain-to-Voice-test

Testfasen av experimentet började med att hitta en lämplig patient. Teamet lokaliserade en man som lider av ALS (amyotrofisk lateralskleros), även kallad Lou Gehrigs sjukdom i USA. Denna förödande åkomma leder till nervdegeneration runt ryggmärgen och hjärnan. De som lider av ALS kan förlora förmågan att tala korrekt när de förlorar kontrollen över sina ansiktsmuskler.

Patienten som valdes för studien lider av ALS och svår dysartri. Efter att sensorerna implanterats och AI-algoritmen programmerats ombads patienten läsa meningar högt. Denna teknik gjorde det möjligt för ingenjörerna att registrera hans hjärnaktivitet.

När den är kalibrerad syntetiserar prototypen omedelbart hans röst, vilket gör att han kan kommunicera i realtid. Patienten kunde till och med kommunicera med sin familj, ändra intonation under samtal för att betona sina poänger. Imponerande nog sjöng testpersonen även korta melodier.

Resultat från Brain-to-Voice-testet

Testresultaten visar att brain-to-voice-systemet är effektivt. Det syntetiserade patientens röst och talmönster med hög precision. Specifikt levererar systemet 60 % noggrannhet, jämfört med endast 4 % utan maskinen.

Ingenjörerna noterade att patienten kunde förändra och modulera sin BCI-syntetiserade röst i realtid. De registrerade att processen slutfördes på 1/14 av en sekund, vilket är ungefär samma tid som någon normal samtalsfördröjning. De noterade också tillfällen då patienten ändrade sin röst för att visa att de ställt en fråga.

Intressant nog är tekniken inte begränsad till patientens nuvarande vokabulär. Teamet dokumenterade flera tillfällen där patienten lärdes nya ord och systemet uttalade dem korrekt. Dessa data visar möjligheterna med detta tillvägagångssätt för att hantera talstörningar.

Fördelar med Brain-to-Voice

Det finns många fördelar som brain-to-voice-tekniken erbjuder på marknaden. För det första ger den ett pålitligt och naturligt sätt för dem som lider av förlamning och andra livsförändrande åkommor att återfå en viss semblans av ett normalt dagligt liv.

Protokollet kan omedelbart leverera talade svar. Den digitala röstkanalen stödjer patienternas unika röstklang och kan svara utan någon märkbar fördröjning. Svaren har visat sig vara exakta och kan skapas enbart med neurala signaldata.

En ny era för patienter med kommunikationsstörningar

En av de största fördelarna med denna teknik är att den kommer att låta dem som lider av kommunikationsproblem äntligen dela sin berättelse på ett relaterbart sätt. Tekniken kommer att möjliggöra för neuroprostetiska användare att delta i samtalet och göra sitt för att hjälpa andra med liknande problem.

Verkliga tillämpningar och tidslinje för Brain-to-Voice-teknik

Det finns en lång lista med tillämpningar för brain-to-office-dator tekniken. Datorer har funnits länge, och trots att nästan alla tekniska aspekter har uppdaterats, som bättre grafik, bearbetning och hårdvara, förblir tangentbordet relativt orört.

Introduktionen av ett pålitligt undersökande hjärn-datorgränssnitt förändrar spelet. Det öppnar dörren för sömlös interaktion mellan människor och datorer. På så sätt kan denna teknik öppna dörren till mer avancerade behandlingar och teknologier.

Brain-to-Voice-tidslinje

Det har ännu inte fastställts någon tidslinje av forskarna. Men med tanke på det kritiska tillståndet för dem som lider av dessa åkommor är det möjligt att tekniken kan nå marknaden inom de kommande 5–10 åren. Mycket mer forskning behövs kring de långsiktiga effekterna av implantatet innan regulatoriska godkännanden kan erhållas.

Brain-to-Voice-forskare

Brain-to-voice-studien leddes av forskare vid University of California. Specifikt listar artikeln Maitreyee Wairagkar, Nicholas S. Card, Tyler Singer-Clark, Xianda Hou, Carrina Iacobacci, Lee M. Miller, Leigh R. Hochberg, David M. Brandman och Sergey D. Stavisky som nyckelbidragsgivare till projektet.

Framtiden för Brain-to-Voice

Enligt ingenjörerna återstår mycket arbete med brain-to-voice-systemet. De hoppas kunna utöka sina tester för att inkludera fler patienter under de kommande månaderna. De vill också inkludera patienter som lider av ett brett spektrum av störningar. De som vill delta i studien kan kontakta [email protected] för att se om de är kvalificerade.

Investera i AI-sjukvårdssektorn

Artificiell intelligens spelar en växande roll inom sjukvård och behandlingar. Detta system kan hjälpa vårdgivare att snabbare identifiera sjukdomar, behandla dem mer effektivt och till och med upptäcka grundorsakerna till traumatiska störningar. Idag finns flera aktörer inom AI-sjukvårdsområdet. Här är ett företag som lyckats skapa en nisch på marknaden.

SoundHound AI, Inc.

SoundHound AI, baserat i Santa Clara, Kalifornien (SOUN ), har haft en intressant resa från sin lansering som musikidentifieringsappen Midomi till att bli ett av de mest ansedda namnen inom AI-konversationsgränssnitt.

Företagets resa började 2005 efter att Keyvan Mohajer började arbeta med avancerade ljudigenkänningsprotokoll. År 2015 omprofilerade företaget sig till SoundHound och flyttade sitt fokus till sin proprietära röst-AI-plattform.

Senaste nyheter och utvecklingar för SoundHound AI (SOUN)-aktien

Brain-to-Voice-teknik – Framtiden är sömlös

När du granskar de teknologiska fördelarna som Brain-to-voice-studien introducerade på marknaden är det lätt att förstå varför många ser den som ett stort milstolpe inom den medicinska sektorn. I framtiden kan du kontrollera robotar, fordon och andra viktiga aspekter av ditt liv med ett BCI.

Den senaste studien belyser hur denna teknik kan förbättra livet för många. På så sätt förtjänar forskarna en stående ovation för sina insatser.

Läs om andra spännande genombrott inom sjukvården här.

Refererade studier:

^{1. Wairagkar, M., Card, N.S., Singer-Clark, T. et al. An instantaneous voice-synthesis neuroprosthesis. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09127-3}